Ce qu'il faut considérer en ce qui concerne la fréquence de commutation

Les alimentations à découpage commutent avec une fréquence soit fixe, réglable ou synchronisée avec une horloge externe. La valeur de la fréquence de découpage détermine la taille physique et, par conséquent, le coût des condensateurs et des inductances d'une alimentation. Il existe une tendance vers des fréquences de commutation plus élevées pour permettre la conception de circuits compacts et à faible coût. Les oscillateurs intégrés dans les circuits intégrés de régulateurs à découpage sont généralement spécifiés pour des plages de fréquences très larges dans leurs fiches techniques. Par exemple, le CI convertisseur abaisseur monolithique ADP2386 a une garantie de ±10 % de la fréquence de commutation définie. D'autres circuits intégrés de régulateurs à découpage courants sont spécifiés pour ± 20 % ou même plus. Un ADP2386 réglé avec un RT sur une fréquence de découpage de 600 kHz peut commuter à 540 kHz et à 660 kHz dans les cas extrêmes, compte tenu de la variation de composante de ±10 % de la fréquence de découpage de l'ADP2386. Figure 1. Un convertisseur abaisseur ADP2386 avec sa fréquence de découpage réglée avec la résistance RT. Cette variation possible de la fréquence de découpage de 20 % au total doit être prise en compte lors de la conception d'un circuit car les courants de crête aux bornes de l'inductance diffèrent en fonction de la fréquence de découpage réelle. En conséquence, l'ondulation du courant de l'inducteur a un effet direct sur l'ondulation de la tension de sortie. La figure 2 montre l'effet de la fréquence de commutation sur l'ondulation du courant de l'inducteur. La fréquence de découpage nominale de 600 kHz est indiquée en bleu. La fréquence de commutation minimale (540 kHz) est indiquée en violet et la fréquence maximale (660 kHz) en vert. À un réglage nominal de 600 kHz, nous voyons une ondulation de courant crête à crête de 1.27 A lorsque le régulateur commute à 540 kHz. Cependant, avec le même réglage de fréquence de 600 kHz, un régulateur à découpage peut également commuter à 660 kHz, ce qui correspond à une ondulation de courant de 1.05 A. Dans cet exemple, une différence d'ondulation de courant de bobine de 220 mA peut résulter de la variation de fréquence de commutation d'un composant à l'autre dans un circuit. C'est sur toute la plage de température admissible. Figure 2. Ondulation du courant de la bobine crête à crête influencée par la variation de fréquence de commutation. Le réglage de la limite de courant d'un régulateur à découpage doit être coordonné à cet effet. Les courants de crête doivent être suffisamment faibles pour garantir qu'aucune protection contre les surintensités existante n'est activée pendant le fonctionnement normal. Notez que toutes les autres variations qui pourraient également se produire, telles que les variations des valeurs d'inductance et de condensateur, n'ont pas été prises en compte dans cet exemple. Pour l'ondulation de la tension de sortie, le changement correspondant de l'ondulation du courant donne les valeurs indiquées sur la figure 3. Le circuit est conçu de telle sorte qu'une ondulation de tension de 4.41 mV se produise à une fréquence de commutation de 600 kHz. Pour une fréquence de découpage de 540 kHz, l'ondulation de tension est de 5.45 mV ; à 660 kHz, une ondulation de tension de 3.66 mV peut être observée. Figure 3. Modifications de l'ondulation de la tension de sortie dues à la variation de la fréquence de commutation dans un circuit intégré de régulateur de mode de commutation. Pour les besoins de cet exemple, la seule variation de composant considérée est celle de la fréquence de commutation sur la plage de température admissible. En pratique, il existe de nombreuses autres variables, telles que les variations des valeurs réelles de l'inducteur et des condensateurs. Ceux-ci sont également affectés par la température de fonctionnement. Cependant, on peut également supposer que, dans la plupart des cas, la variation réelle de la fréquence de commutation n'atteindra pas les valeurs limites de ±10 %. Normalement, le comportement apparaîtra autour de la valeur typique au milieu de la plage spécifiée. Pour une prise en compte systématique de toutes les variables dynamiques d'une alimentation, une analyse Monte Carlo apporte des réponses. Ici, les variations des différentes composantes et paramètres variables sont pondérées en fonction de leurs probabilités d'occurrence et liées les unes aux autres. Les analyses Monte Carlo peuvent être effectuées avec le logiciel de simulation LTspice® disponible gratuitement d'Analog Devices. Pour plus d'informations sur la façon de faire varier les paramètres dans une simulation LTspice, veuillez consulter l'article "Worst-Case Circuit Analysis with Minimal Simulation Runs" de Gabino Alonso et Joseph Spencer.

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